太原地源热泵方案书.docx
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太原地源热泵方案书
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地地源热泵采暖空调系统方案书
山西立鑫再生能源开发有限公司
1、高新技术企业孵化基地地源热泵采暖空调系统方案书
2、商务合作模式
3、山西立鑫再生能源开发有限公司简介及相关证书
4、克莱门特捷联制冷设备（上海）有限公司简介及相关证书
5、克莱门特近年地源热泵业绩及经典案例
6、地源热泵技术简介
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地地源热泵采暖空调系统方案书
一、项目概况
太原经济技术开发区中心服务区位于太原市经济技术开发区内，所在区域海拔785m，地势平坦，建筑物分立周围，布局合理，功能健全。
该基地面积132231m2，建筑基地面积46468m2,总建筑面积354219m2，其中地上建筑278035m2，地下建筑总面积76184m2，预计建设周期为36个月。
该基地定位为高档综合商务区，要求全年提供空调采暖，以满足使用要求。
二、负荷计算
2.1热负荷计算
由于该建筑均按建筑节能设计规范设计，经计算平均热负荷为55w/m2，同时使用率按75%计算，则热负荷计算如下所示：
Q热=354219*55*75%=14611534w/h=14612kw/h
2.2冷负荷计算
空调冷负荷由两部分组成：
即房间冷负荷和新风冷负荷。
房间冷负荷是指建筑围护结构传入室内的热量（太阳幅射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量）形成的冷负荷，人体散热形成的冷负荷，灯光照明及用电设备散热形成的冷负荷。
新风冷负荷是指为了室内换气开启门窗新补充的室外新风所形成的冷负荷。
经计算该建筑空调冷负荷以120w/m2计算，同时使用率按0.6计算，则建筑物总耗冷量为：
Q冷=354219*120*0.6=25503768w/h=25503kw/h
三、拟在本项目中采用的独特技术
根据本项目的总平面图及功能负荷要求，结合业主的需求，我方决定整体采用土壤源热泵配套水冷机组满足空调需求，冬季采暖采用燃气锅炉进行高峰，以保证系统的安全性及稳定性。
为此在整个系统中增设以下几种独特的技术方案。
1、加入水蓄冷热技术
对本项目而言，我们认为采用水蓄能技术更节能，更安全。
因为该项目夜间负荷相对较小，可充分利用峰谷电价，在夜间蓄能（冷或热），在日间放能，这样在日间高电价期间就可以少开（或不开）热泵机组，从而达到节约运行费用的目的。
2、采用热回收技术及独立的生活热水机组来保证热水供应
该项目中3号、4号楼热水负荷相对较大，为了保证热水供应的安全性，采用带热回收机组及独立生活热水机组来保证热水供应。
带热加收机组作为夏季生活热水供应的主要来源，独立热水机组全年运行，可在春秋季以及冬季采暖时提供生活热水，以保证生活热水系统的安全性。
3、采用自动化网络动态能源监控，将空调机房实现统一管理，自动化运行
为了提高系统运行的安全性及稳定性，更精准的控制系统运行，决定采用全自动网络动态能源监控系统，将机房的信号、时时数据采集上来，在监控中心实现统一监控，统一管理，同时实现自动化运行。
在此基础上开发网络监控运行系统，将信号通过网络输送到公司总部，有任何事故苗头立即进行报警，由公司专业工程师指导现场工作人员实时处理各种机组故障。
四、空调采暖方案论述
地源热泵技术以地下能源（包括地表土壤、浅层地下水、河流、湖泊、海洋、城市污水及工业废水蕴藏的低品位热能）为冷热源的新型、节能、环保型冷暖源供应系统，它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供生活热水的功能，可以广泛应用于公共建筑（办公楼、商场、医院、学校、体育馆等）和民用住宅中。
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地属于广场性质的建筑群体，建筑周围有较大的空地面积可供利用，比较适合土壤源热泵的开发利用，可为地源热泵机组提供稳定的冷热源，更好的满足整个建筑群的制冷及采暖需求。
4．1主要设计原则
严格执行国家有关环保、节能方针政策，本着“节省投资、降低运行成本、系统简单、维护方便”的原则进行设计。
4．2设计要求
（1）土壤源利用必须选择合理的回填材料以加大地埋管与土壤之间的接触面积，提高换热效率，吸取更多的能量。
地埋管选用优质地暖专用管，并适当预留部分地暖孔，以备有损坏时进行调整。
（2）地源热泵机房
整个建筑群体采用一个机房，末端循环水分配至各建筑物。
按照制冷量或供热量比较结果进行机组选型，多机组运行，互为备用。
控制系统，机组本地控制采用PLC编程，彩色触摸屏，人机界面良好，并可达到无人值守水平。
循环泵采用低噪、防垢泵，变频控制。
4．3设计依据
●《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
●《城市热力网设计规范》（CJJ34-2002）
●室外设计参数
序号
项目
参数
1
城市名
太原
2
台站位置
北纬
37º47´
东经
112º33´
海拔
777.9m
3
大气压力
冬季
93.29Kpa
夏季
91.92Kpa
4
年平均温度
9.5℃
5
室外计算干球温度
冬
季
采暖
-7℃
空调
15℃
通风
-7℃
夏
季
通风
28℃
空调
31.2℃
空气调节日平均
26℃
平均日较差
11.3℃
6
夏季空调室外计算湿球温度
23.4℃
7
最热月平均温度
23.5℃
8
室外计算相对湿度
最热月日平均
72%
最热月14时平均
54%
9
室外风速
冬季平均
2.6m/s
夏季平均
2.1m/s
10
最多风向及其频率
冬季
风向
NNW
频率
14%
夏季
风向
NNW
频率
13%
11
最大冻土深度（cm）
77
4.4地源综合利用方案
由负荷计算可知，该建筑群夏季耗冷负荷为25503kw/h，冬季耗热负荷为14612kw/h；通过地质勘察报告及热工性能测试，得知该区域主要以粉质粘土及细砂层为主，便于施工，冬季地耦埋管换热能力按38w/h每延长米计算，夏季地耦埋管换热力按47w/h每延长米计算，由此可计算得出：
冬季地埋管长度=14611534/38=384514m
夏季地埋管长度=25503768/47=542633m
冬季钻孔数量计算=384514/115=3344个
夏季钻孔数量计算=542633/115=4718个
该基地占地面积132231m2,建筑基地面积46468m2,由此计算可供使用的空地面积约为132231-46468*1.3=71822m2，地源孔间距按4*4计算，该基地可钻孔的数量约为71822/16=4488孔。
参照上述计算结果可知，该基地无法满足夏季所需钻孔的数量，远大于冬季钻孔所需数量，为保证系统长期运行的稳定性及安全性；现决定钻孔数量按冬季钻孔数量的1.2倍计算（即3344*1.2=4013孔），总计钻孔4000孔满足冬季采暖需求。
同时为了保证冬季采暖的稳定性，决定增设两台2t的燃气锅炉进行调峰以补充地源热泵的不足之处。
夏季钻孔不足部分采用冷却塔补充，约需[（4718-4000）*115*47]/3/1000=776m3/h，计划采用600m3/h玻璃钢冷却塔两台补充夏季负荷不足之处。
4.5地源热泵系统设备选型
根据该建筑的实际特点，采取一个主机房供暖、供冷及生活热水联供的方式。
根据该建筑物的使用特点及冷热量负荷，选用6台PSRHH9604-Y型地源热泵机组配套4000个地耦埋管以满足冬季采暖需求为主；夏季制冷不足部分由两台2600kw/h水冷螺杆机组配套两台600t/h玻璃钢冷却塔来补充，以达到初投资与运行费用的一个平衡点。
冬季选用两台2T/h的电锅炉进行调峰，经保证系统安全稳定的运行。
4.6地源热泵机组参数
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地地源热泵机组参数表
机组型号
PSRHH9604-Y
项目
制冷
制热
制冷量/制热量
2947.1kw/h
2980.0kw/h
系统水
温度
12-7℃
40-45℃
流量
506m3/h
512m3/h
地耦埋管
温度
18-23℃
16-10℃
流量
194.2m3/h
228.8m3/h
输入功率
468.4kw/h
625.1kw/h
4.7地源热泵机房设备清单
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地地源热泵机房设备清单
序号
项目名称
规格型号
数量
备注
1
热泵主机
6台
2
水冷冷水机组
2台
3
燃气锅炉
2t/h
2台
4
玻璃钢冷却塔
600t/h
2台
方形
5
系统水循环泵
Q=563m3/h,H=30m,P=75kw
5台
四用一备
6
地耦管循环泵
Q=637m3/h,H=22m,P=55kw
4台
三用一备
7
冷却循环泵
Q=637m3/h,H=22m,P=55kw
3台
两用一备
8
补水定压装置
1套
9
软化水箱
20m3
1套
玻璃钢
10
配电系统
1套
11
热泵控制系统
1套
4.8地耦埋管系统设计
本工程地耦埋管系统方案设计前，通过对岩土层的结构岩土体热物性、岩土体温度、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径流方向、速度、冻土层 厚度等主要技术指标进行分析和地埋管换热系统的安全复核模拟，确定出本工程地源系统夏季的最高出水温度为35℃和冬季最低出水温度为7.5℃。
根据工程勘察结果，评估地埋管热系统实施的可行性及经济性，确定施工方案如下：
采用室外地源换热器共为4000孔，设置8个大区，每个大区负责5个小区，每个小区负责100个地源孔；每个孔井深115 m，井位呈矩形排列，相邻两井间距4 m，总钻井深度约为460000m；水平PE管长度约50000 m，埋地深度3m。
每个小区设置分、集水器，地源孔与分区分、集水器采用PE阀门连接。
整个地源系统埋地部分没有任何金属构、配件。
每个分区通过地源干管与总分、集水器连接，在总分、集水器检修井内设置每个分区的流量平衡阀。
根据工程施工进度要求，本工程室外地藕埋管施工与地上室内主机系统、空调末端系统施工同时进行。
整个地藕系统设计为分区同程系统，全部采用热融连接。
五、合理化建议
为保证整个建筑的空调采暖整体效果，以及日后整个空调系统的维护管理，室内末端部分在同等市场价位条件下，优先由我方施工安装，以保证地源热泵机房系统与各个末端换热站的无缝对接。
六、地源热泵系统初投资分析
太原经济技术开发区高新技术企业孵化基地地源热泵系统初投资表
单位：
万元
序号
项目名称
数量
单价
总价
备注
1
热泵主机
6台
160
960
2
水冷冷水机组
2台
150
300
3
燃气锅炉
2台
80
160
4
系统水循环泵
5台
4.2
21
四用一备
5
冷却水循环水泵
3台
2.8
8.4
两用一备
6
地耦埋管系统
4000套
0.85
3400
7
地耦管循环泵
4台
4.5
18
五用一备
8
玻璃钢冷却塔
2台
18
36
9
热泵控制系统
1套
80
80
10
水泵变频器
8台
2
16
11
补水定压装置
1套
5
5
12
软化水箱
1套
2
2
玻璃钢
13
室外管网
300
300
14
配电系统
1套
260
260
15
土建及其配套
40
40
16
系统安装
400
400
17
建设单位管理费
120
120
18
工程建设监理、报批费
60
60
19
勘察设计费
100
100
20
不可预见费
300
300
21
小计
6556.4
22
税金
3.41%
223.6
23
合计
6780
七、结论
为了更好地落实国家有关部委及省政府和有关厅局政策，太原经济技术开发区所建高新技术企业孵化基地供热、供冷采用地源热泵技术，技术成熟，符合国家环境保护、节能减排及可再生能源综合利用要求；且技术成熟，运行可靠，运行成本低。
此外建筑物周围有宽广的空地面积可供利用，为该技术应用提供了保障。
尽管该技术初投资较高，但可得到政府相关政策及资金支持，建议该项目尽快实施。
山西立鑫再生能源开发有限公司
2010-7-28
商务合作模式
合同能源管理（EMC——energy management company）是一种新型的市场化节能机制。
其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。
这种节能投资方式允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级，以降低目前的运行成本；或者节能服务公司以承诺节能项目的节能效益、或承包整体能源费用的方式为客户提供节能服务。
能源管理合同在实施节能项目的企业（用户）与节能服务公司之间签订，它有助于推动节能项目的实施。
依照具体的业务方式，可以分为分享型合同能源管理业务、承诺型合同能源管理业务、能源费用托管型合同能源管理业务。
对于本项目，采用能源费用托管型合同能源管理方式，即山西立鑫再生能源开发有限公司出资建设冷热源站，给整个建筑群提供空调、采暖的冷热源，由山西立鑫经营，收取空调、采暖费，赚取运行利润。
在经营期满后，将此项目所有权无偿转让给业主。
对于本项目的商务运作模式，根据系统方案和初投资造价，提出采用EMC模式进行建设、管理及运营：
1、地源热泵系统的建设投资
整个孵化基地采用地源热泵系统为基地提供冷热源及生活热水。
地源热泵系统总投资6780万元，全部由山西立鑫再生能源开发有限公司融资建设，业主需为项目提供足够的使用机房面积及埋管场地，并把系统所需水源、电源引至指定位置。
2、地源热泵系统的所有权及运营权
根据EMC模式的流程，建设完成后的地源热泵系统的所有权、运营权及管理维护权归山西立鑫再生能源开发有限公司所有，业主不得以任何理由拒绝使用或夺取该项权利（投资方自愿转让或业主购买除外）。
3、地源热泵系统的收费标准及收取时间
项目收费按建筑面积354219m2（最终以工程规划许可面积为准）为基础进行计算，冬季采暖不高于2009年太原市集中供热收费标准；夏季空调制冷运行收费由双方协商决定。
甲方应在项目投入正常使用后，在采暖空调运行开始之前分别将每季采暖、空调运行费用支付给乙方；乙方负责保证基地采暖、空调的冷热源供给正常运行，直至合同期限届满。
4、地源热泵系统收取期限
山西立鑫再生能源开发有限公司对该项目收费运营周期为20年（从收费运营之日起20年），收费运营期满后，在双方没有任何经济纠纷的前提下，乙方将该项目的整套土壤源地源热泵系统无偿移交给业主所有。
5、地源热泵系统与业主对接时配套费的收取
该项目由山西立鑫再生能源开发有限公司筹措资金进行投资建设，业主在与地源热泵系统进行对接时，需向山西立鑫支付热力配套费，不高于太原市热力配套费收取标准计算。
6、政府政策补贴权利
本着谁投资谁受益的原则，山西立鑫再生能源开发有限公司享有政府对该项目的政策性补贴，因此本协议签订后，业主应积极配合山西立鑫再生能源开发有限公司进行土壤源地源热泵项目政府补贴的申请与办理，并及时转付给山西立鑫再生能源开发有限公司。
7、其他建议
为保证使用效果及整个空调系统的整体性、日后运行管理的方便，室内末端部分在同等市场价位条件下，优先由山西立鑫再生能源开发有限公司施工安装。
山西立鑫再生能源开发有限公司
2010-7-28
地源热泵空调技术简介
●地源热泵原理介绍
地源热泵技术以地下能源（包括地表土壤、浅层地下水、河流、湖泊、海洋、城市污水及工业废水蕴藏的低品位热能，详见图1）为冷热源的新型、节能、环保型冷暖源供应系统，它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供生活热水的功能，可以广泛应用于公共建筑（办公楼、商场、医院、学校、体育馆等）和民用住宅中。
图1地源热泵的几种换热方式
地源热泵制冷工作时，主要由压缩机作功将低温低压的气态制冷剂提升为高温高压的气态制冷剂，流经冷凝器与地下能源换热器中的水进行热量交换，冷却为常温高压的液态制冷剂，经膨胀阀等焓节流为低温低压的液态制冷剂，循环至蒸发器与系统循环水进行冷量交换，液态制冷剂吸收置换回的室内热量气化为低温低压的气态制冷剂，返回压缩机，从而完成整个制冷循环（详见图2）。
图2地源热泵制冷循环原理图
地源热泵制热工作时，主要由压缩机作功将低温低压的气态制冷剂提升为高温高压的气态制冷剂，流经冷凝器与系统冷冻水进行热量交换，冷却为常温高压的液态制冷剂，经膨胀阀等焓节流为低温低压的液态制冷剂，循环至蒸发器与土壤源换热器中的水进行冷量交换，液态制冷剂吸收地下能源中的热量气化为低温低压的气态制冷剂，返回压缩机，从而完成整个制热循环（详见图3）。
图3地源热泵制热循环原理图
●地源热泵系统的发展历程
地源热泵实际上是一项非常古老的技术，四十年代便有应用，只是近十年来相关技术发展，使其迅速商业化。
地源热泵的名称最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中，20世纪50年代欧洲出现了利用地源热泵的第一次高潮。
在此期间，Ingersoll和Plass根据Kelvin线源概念提出了地下埋管换热器的线热源理论，但当时由于能源价格低，系统造价高，没有得到广泛应用。
70年代，石油危机把人们的注意力集中到节能、高效益使用能源，使地源热泵的发展进入了高潮阶段，此时地下埋管已由早期的金额管改为塑料管。
这个时期欧洲建立了不少水平埋管换热器的地源热泵，但主要用于冬季供暖。
80年代初开始，美国、加拿大开展了冷暖联供地源热泵方面的研究工作，不少文献报道了地源热泵不同形式地下埋管换热器的传热过程及模型，并有部分工程的运行总结和性能比较。
美国能源部（DOE）和美国环境保护署（EPA）均已确认，地源热泵系统是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。
一方面它利用地下土壤或岩石的相对稳定温度使取暖和空调系统在全年都能维持高效运行，为地源热泵用户节省电费20－50％，另一方面，在同等条件下，采用了地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。
地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在五年左右即可回收。
对林肯城和内布拉斯加这两处地方和20所学校进行了有关空调系统维护费用的调查。
这20所学校采用了4种不同的供冷方式：
地源热泵系统（GHP）、带有热水锅炉的空气冷却器（ACC/GHWB）、带有热水锅炉的水冷却器（WCC/GHWB）、带有蒸汽锅炉的水冷却器（WCC/GSB）。
调查表明，地源热泵系统的运行费用相对于其它空调系统来说是相当低的。
更重要的一点是，地源热泵系统所使用的制冷剂在工厂里注入并被完全密封，使用过程中绝无泄漏，用户任何时候均不必添补制冷剂，因而减少了对臭氧层的破坏。
该系统可用于不同结构、不同面积的居民建筑上，可在新建筑施工时安装，也可用于旧建筑的改造，其在设计中的弹性使得它成为一个非常吸引人的空调选择。
地源热泵在去湿方面有特别的长处，因而非常适合于夏季炎热而潮湿的气候，如果在空气配送装置上加上空调器，地源热泵在这一点上的特点将更加突出，因此若要达到室内空气质量标准，地源热泵系统也是一个非常好的选择。
地源热泵正是有以上优势、政府办公楼、公寓和餐馆等等。
根据民用美国阿可拉荷马州电力公司在红河谷所作的用户调查：
如果要1分至10分之内打分，99％的地源热泵空调用户对其在夏天的制冷能力打8分以上，73％的用户打了满分10分。
●地源热泵系统在国内发展的优势
1.初期投资费相对国外较少
随着改革开放的不断深入，人们生活水平的不断提高，持续的高速经济增长导致人们对舒适生活的追求，从而使地源热泵这项崭新的技术在中国具有巨大的市场潜力。
同时我们也要注意到，我国城市的建设步伐存在加快，每年城镇新建住宅2.4亿m2。
而在建设新建筑之前并入集中地源热泵系统，其成本要远远低于旧建筑的改造（甚至可以低于一般空调系统！
）在美国，由于能源相对的便宜（与中国相近），而人工费用很高，一般一个家庭的安装费用在3000至5000美元左右，地源热泵仍然具强的市场竞争力。
而我国由于人工费用比较低，与西方发达国家相比，我国的基建费用低。
基建费用是地源热泵最主要的成本增加部分。
由此可见，我国与国外发达国家相比，初期投资相对要少一些。
2.能够提高城市环境质量
随着人们生活水平的提高，对生活质的要求越来越高，环保意识增强，人们开始认识到高品质的空气是人类健康的保障。
目前居民对空气污染的关注程度越来越高，城市（包括室内）对人们生活以及身体的影响日益受到重视，在碰到身体不适的时候，很多居民开始考虑空气因素的影响。
根据《1997年中国环境状况公报》，我国城市空气质量仍处于较重的污染水平。
据统计，世界大气污染最严重的10座城市空气质量不容乐观，加强空气治理，已经到了刻不容缓的时候。
目前我国的能源结构中有一个最为不利的因素，即长期以来在能源的生产和消费中煤炭的比例占70%左右。
为了彻底整治环境，减少温室气体排放，我国政府正在规划改变以煤为主的能源结构，以实现可持续发展战略。
北京等城市正在考虑以电代煤的为解决城市污染的问题。
每千瓦电能能转换为3至4千瓦热量的地源热泵将是极具竞争力的技术。
由于电力是地源热泵的唯一动力，因此没有燃料分散燃烧所造成的大气污染。
与此同时由于厂家密封制剂。
使用过程中不泄露，不补充，减少了对臭层的破坏。
分析和调查表明，地源热泵的应用对臭氧层无任何的破坏。
分析和调查表明，地源热泵的应用对降低温室效应起了积极作用。
可见，这项技术应用将缓解中国城市空气污染问题。
3.能够缓解能源紧张问题
进入新世纪，在生产力高速发展的条件下，人们越来越认识到地球上的资源和能源日益匮乏。
我国能源短缺是一个争的事实，与此同时，我国又存在能源率低的矛盾。
据统计，我国总的能源利用率约为30％，这仅相当于发达国家50年代的水平。
我国建筑耗能约占总耗能的25％，其中供热采暖能耗约占一半。
能源短缺导致中国的能源价格越来越接近发达国家的水平。
我国要在能源每年增长率仅为3％－5％的条件下满足国民经济持续每年增长8％－9％，就必须重视节能技术和节能产品的开发利用，这决定了我国必须在窍门和取暖这一耗能大项上有所改进。
就地源热泵技术而言，由于热泵仅仅用来传输热量，而不是产生热量，所需要的热量有70％来自地下，夏天制冷时，用来将建筑物中的热量传入地下所消耗的电力也非常少，因此地源热泵这项节能技术应用于我国可以在一定程度上缓解我国的能源压力。
4.受到国家相关政策的支持
为了减少我国由于冬季采暖所造成的大气污染，减低国内现有制冷空调的能源消耗，寻求新的低能耗、无污染的供暖制冷空调技术，国家科技部与美国能源部分别代表两国政府签署了中美两国政府地源热泵合作协议，引进和推广美国先进的地源热泵技术。
这对地源热泵技术在中国的推广起到巨大的推动作用。
八届人大常委会第二十八次会议审议并通过了《中华人民共和国节约能源法》，其中第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，这也将促进地源热泵事业的发展。
自从我国实施《民用
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